什么是芯片器官？

芯片器官可稱為小型微流體設(shè)備，在其上生長了特定器官的活組織，同時模擬真實生活條件。芯片器官系統(tǒng)的開發(fā)在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域眾所周知，其使新治療方法的研究成為可能。

芯片器官的應(yīng)用案例很多，本文分享最近在新冠肺炎研究中使用的肺芯片設(shè)備：創(chuàng)建肺部的微型模型，以了解新冠肺炎如何侵入人體并造成損害。

芯片肺系統(tǒng)

2010年，D.Huh et al提出芯片肺系統(tǒng)。 2013年，該小組提交了一份后續(xù)文件[5]。我們在圖1中復(fù)制了他們2013年后續(xù)論文中的一些結(jié)果[5]。芯片上的肺細胞生長在柔性、可拉伸的膜上，這是肺泡的真實模擬。

通過向側(cè)腔施加壓力差，人工肺泡可擴張，以模擬呼吸過程。通過使液體流過下通道，氣體流過上通道，可分別模擬血液和氧氣循環(huán)。

在下方側(cè)腔中施加真空時肺細胞的機械拉伸。

流量和壓力控制

氣體流量、液體流量和壓力控制是使用芯片肺應(yīng)用時需要考慮的三個重要功能：

• 壓力控制，其中（亞大氣）壓差（“真空”）可應(yīng)用于側(cè)腔，以模擬呼吸時肺細胞的拉伸；壓力范圍為-100~600 mbarg (相對于大氣壓力)
• 氣體流量控制，用于控制肺細胞的氧氣供應(yīng)，流量范圍 1~20 mln/min 空氣當量
• 液體流量控制，可向肺細胞提供類血液體和營養(yǎng)，并可模擬血液循環(huán)，流量范圍 1~50 μl/min

Bronkhorst擁有齊全的流量和壓力控制儀表產(chǎn)品線，適合此類流量和壓力控制應(yīng)用。

iMicrofluidics：微流體傳感器和致動器平臺

Bronkhorst 與Delft 大學(xué)的NERI倡議一起參與了iMicrofluidics? 項目[6]。目標是通過為研究人員提供集成、緊湊和模塊化的微流體傳感器和致動器平臺，支持和加快芯片器官系統(tǒng)的開發(fā)和優(yōu)化，可輕松地將不同類型的芯片器官連接到該平臺，并實時監(jiān)控和控制其過程輸出的質(zhì)量。

最近出臺流量控制平臺的初步版本[7]，包含2個Bronkhorst ML120 科里奧利質(zhì)量流量控制器-用于控制液體和氣體，和一個IQ+FLOW 壓力控制器-用于調(diào)節(jié)真空。當然，也可以使用EL-FLOW Select 或 EL-FLOW Prestige 系列的熱式氣體質(zhì)量流量控制器控制氣體流量，使用μ-FLOW系列的小流量液體流量控制器控制液體流量。

初步測量結(jié)果表明，平臺性能良好。未來的研究將涉及平臺的改進和優(yōu)化，以及平臺在芯片器官研究中的應(yīng)用。除此之外，鹿特丹Erasmus醫(yī)學(xué)中心的科學(xué)家表示有興趣使用該平臺進行芯片上肺的研究[8]。